Hydroksykwasy -budowa hydroksykwasów i ich nazewnictwo, -otrzymywanie hydroksykwasów, -właściwości fizyczne hydroksykwasów, właściwości chemiczne hydroksykwasów izomeria optyczna , zastosowanie hydroksykwasów

Budowa hydroksykwasów Hydroksykwasy – (dwufunkcyjne) pochodne węglowodorów zawierających w cząsteczkach dwie grupy funkcyjne: karboksylową (– COOH) i hydroksylową (– OH) Hydroksykwasy monokarboksylowe HO - CH2 – COOH kwas hydroksyetanowy (hydroksyoctowy) 3CH3 – 2CH – 1COOH kwas 2-hydroksypropanowy | (mlekowy) OH HO - 3CH2 – 2CH2 – 1COOH kwas 3-hydroksypropanowy 4CH3 – 3CH2 – 2CH – 1COOH kwas 2-hydroksybutanowy | 4CH3 – 3CH – 2CH2 – 1COOH kwas 3-hydroksybutanowy HO – 4CH2 – 3CH2 – 2CH2 – 1COOH kwas 4-hydroksybutanowy

Budowa hydroksykwasów cd Hydroksykwasy dikarboksylowe HOOC – CH2 – CH – COOH kwas hydroksybutanodiowy | (jabłkowy) OH HOO1C – 2CH – 3CH – 4COOH kwas 3,4-dihydroksybutanodiowy | | (winowy) OH OH Hydroksykwasy trikarboksylowe OH kwas 3-hydroksy-3-karboksypentanotriowy | (cytrynowy) HOO5C – 4CH2 – 3C – 2CH2 – 1COOH | COOH

Rodzaje izomerii hydroksykwasów – izomery kwasu hydroksybutanowego Izomeria pozycyjna 4CH3 – 3CH2 – 2CH – 1COOH kwas 2-hydroksybutanowy | OH 4CH3 – 3CH – 2CH2 – 1COOH kwas 3-hydroksybutanowy HO – 4CH2 – 3CH2 – 2CH2 – 1COOH kwas 4-hydroksybutanowy Izomeria szkieletowa (łańcuchowa) HO – 3CH2 – 2CH– 1COOH kwas 3-hydroksy-2-metylopropanowy CH3

Izomeria optyczna Izomeria optyczna jest rodzajem izomerii geometrycznej (przestrzennej) – związki posiadające asymetryczny (chiralny [*] – cztery różne podstawniki) atom węgla mają zdolność skręcania światła spolaryzowanego – są substancjami optycznie czynnymi . Cząsteczka kwasu mlekowego posiada dwa izomery optyczne ( parę enancjomerów ) będące lustrzanymi odbiciami. COOH HOOC | | *C ….. OH HO …..*C H3C CH3 H H Kw. D-(-) -mlekowy L-(+)-mlekowy

Izomeria optyczna cd Kwas L-(+)-mlekowy jest prawoskrętny, powstaje w mięśniach z glikogenu w wyniku fermentacji mlekowej na skutek niedotlenia w trakcie dużego wysiłku fizycznego. Powoduje uczucie zmęczenia i bóle mięśni – kłucie. Kwas D-(-)-mlekowy jest lewoskrętny, powstaje w procesie fermentacji katalizowanej przez bakterie – Bacillus acidi laevolactici – w trakcie kwaśnienia mleka, kwaszenia kapusty, ogórków. Otrzymywany syntetycznie kwas mlekowy jest mieszaniną racemiczną – racematem (racemat zawiera obie formy w stężeniach równomolowych, przez co jest optycznie nieczynny).

Otrzymywanie hydroksykwasów Częściowe utlenienie dioli (alkoholi dihydroksylowych) CH3–CH–CH2 –OH + 2[O]  CH3–CH–COOH + H2O | | OH OH propano-1,2-diol kwas 2-hydroksypropanowy Utlenienie kwasów aromatycznych COOH COOH OH + H2O2  + H2O kwas benzoesowy kwas salicylowy

Otrzymywanie hydroksykwasów cd Hydroliza halogenopochodnych kwasów karboksylowych w środowisku zasadowym CH2Cl – COOH + NaOH  HO – CH2-COOH + NaCl kwas chloroetanowy kwas hydroksyetanowy Hydratacja (uwodnienie) nienasyconych kwasów karboksylowych CH2 = CH – COOH + H-OH  OH- CH2 – CH2 – COOH Kwas propenowy kwas 3-hydroksypropanowy Uwaga: jeżeli atom węgla z wiązaniem podwójnym jest połączony z grupą karboksylową, to reakcja addycji wody przebiega niezgodnie z regułą Markownikowa.

Właściwości fizyczne hydroksykwasów Hydroksykwasy monokarboksylowe są bezbarwnymi lepkimi cieczami lub ciałami stałymi, natomiast dikarboksylowe to ciała stałe, krystaliczne lepiej rozpuszczalne w wodzie niż odpowiednie kwasy karboksylowe. Obecność grup hydroksylowych powoduje powstawanie wiązań wodorowych między cząsteczkami i powstawanie asocjatów, a tym samym podwyższenie temp. topnienia i wrzenia. Zdolność tworzenia wiązań wodorowych z cząsteczkami wody wpływa na ich dobrą rozpuszczalność w wodzie

Zastosowanie hydroksykwasów Kwas mlekowy – stosowany w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, skórzanym. Kwas cytrynowy – stosowany w przemyśle spożywczym, skórzanym i tekstylnym. Kwas salicylowy – substancja stała, krystaliczna, w zimnej wodzie słabo rozpuszczalna, dobrze rozpuszcza się w wodzie gorącej i etanolu, reaguje (tak jak fenol) z jonami Fe3+ dając filetowo-granatowy związek kompleksowy, stosuje się do produkcji barwników, farmaceutyków ( leki przeciwgorączkowe i przeciwzapalne, przeciwreumatyczne, przeciwgruźlicze, dezynfekujących) oraz środków zapachowych i konserwacyjnych

Właściwości chemiczne hydroksykwasów Hydroksykwasy wykazują silniejsze właściwości kwasowe niż odpowiednie kwasy karboksylowe, wchodzą w typowe reakcje dla kwasów hydroksylowych – tworzą sole, alkoholany, estry amidy: Reakcja z zasadami: CH3–CH(OH)–COOH + NaOH  CH3-CH(OH)-COONa+H2O kwas mlekowy mleczan sodu Reakcja z aktywnymi metalami CH3 – CH – COOH + 2Na  CH3 – CH – COONa + H2 | | OH ONa kwas mlekowy (sól będąca jednocześnie alkoholanem i solą kwasu karboksylowego) Reakcja z alkoholami (reakcje estryfikacji w obecności H+) CH3–CH(OH) – COOH + HO-CH3  CH3-CH(OH)-CO-O-CH3 + H2O kwas mlekowy metanol mleczan metylu

Właściwości chemiczne hydroksykwasów cd Dehydratacja międzycząsteczkowa  laktyd O // H3C O H3C – CH – C \ / \ | \ H - C C = O O H O H  | | + 2H2O H O O H C C – CH3 \ | // \ / C – CH – CH3 O O // O temp. kwas mlekowy + kwas mlekowy  laktyd kwasu mlekowego

Właściwości chemiczne hydroksykwasów cd Dehydratacja wewnątrzcząsteczkowa – estryfikacja wewnątrzcząsteczkowa  lakton O // H2C - CH2 CH2 – CH2 – CH2 – C  / \ | \ H2C C = O + H2O O H OH \ / kwas 4-hydroksybutanowy lakton Dehydratacja 3-hydroksykwasów  nienasycony kwas karboksylowy H2C – CH – COOH  H2C = CH – COOH + H2O | | OH H kwas 2-hydroksypropanowy  kwas propenowy